第一章鑄造工藝基礎(chǔ)

第一章鑄造成形工藝?yán)碚摶A(chǔ)第一節(jié)合金的鑄造性能合金的鑄造性能即金屬在液態(tài)成形過程中表現(xiàn)出的性能。主要有：流動性、收縮性、吸氣性、氧化性、偏析等一、合金的流動性

1流動性的概念金屬的流動性指液態(tài)金屬本身的流動能力

2流動性的測定用螺旋形標(biāo)準(zhǔn)試樣形成的鑄型來測量，在相同條件下，合金在其中流動的長度越長，流動性越好。目錄螺旋型標(biāo)準(zhǔn)試樣3影響合金流動性的因素主要有金屬的化學(xué)成分，澆注溫度和物理性質(zhì)?！锖辖鸬姆N類及成分的影響合金的種類不同，流動性也不同，鑄鋼的流動性∠硅黃銅的∠鑄鐵的

常用合金的流動性（砂型，試樣截面8×8mm）

合金種類

鑄型種類

澆注溫度/℃螺旋線長度/mm

鑄鐵C+Si=6.2%C+Si=5.9%C+Si=5.2%C+Si=4.2%

砂型

砂型

砂型

砂型1300130013001300

180013001000600

鑄鋼

C=0.4%鋁硅合金（硅鋁明）鎂合金（含A1及Zn）錫青銅（Sn≈10%,Zn≈2%）硅黃銅（Si=1.5~4.5%）

砂型

金屬型（300℃）

砂型

砂型

砂型1600680~72070010401100100

700~800400~6004201000

同類合金，化學(xué)成分不同，流動性也不同：純金屬及接近共晶成分的流動好，結(jié)晶范圍越寬，流動性越差Fe-C合金的流動性與含碳量的關(guān)系

a）在恒溫下凝固

b）在一定溫度范圍內(nèi)凝固★澆注溫度提高溫度，合金的粘性降低，流動性增大?！镂锢硇再|(zhì)粘度小的合金流動性大二、合金的收縮

1、收縮的概念：合金在冷卻凝固過程中，體積和尺寸縮小的現(xiàn)象

2、收縮的構(gòu)成：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮

T澆液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮T凝產(chǎn)生縮孔及縮松產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形T℃成分體收縮率：線收縮率：3、收縮的表示方法4、影響收縮的因素★化學(xué)成分合金不同，化學(xué)成分不同，其收縮率也不同；C%含量增大，碳鋼的收縮量增大（相同澆注溫度下，過熱度大，液態(tài)收縮大）；碳以石墨析出時，體積膨脹，故鑄鐵的收縮率小。

幾種鐵碳合金的體積收縮率合金種類含碳量/%澆注溫度/℃液態(tài)收縮/%凝固收縮

/%固態(tài)收縮

/%總體積收縮/%鑄造碳鋼白口鑄鐵灰口鐵0.353.003.51610140014001.62.43.534.20.17.85.4~6.33.3~4.212.412~12.96.9~7.8★澆注溫度澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，合金的總收縮量也大★鑄型條件鑄型對鑄件收縮的阻力越大，收縮越小?！镨T件結(jié)構(gòu)鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對收縮的阻力越大，收縮較小。三、合金的吸氣性合金在熔煉和澆注時吸收氣體的性能稱為合金的吸氣性四、合金的偏析合金凝固后成分的不均勻現(xiàn)象

氫在純鋁中的溶解度第二節(jié)合金的鑄造性能與鑄件質(zhì)量的關(guān)系

教學(xué)目的：1.掌握合金的鑄造性能對鑄件質(zhì)量

的影響。

2.掌握鑄造缺陷的成因與預(yù)防方法。

教學(xué)重點(diǎn)：合金的流動性及收縮性對鑄件質(zhì)量的

影響。

教學(xué)難點(diǎn)：鑄造內(nèi)應(yīng)力的形成過程分析

計(jì)劃課時：1學(xué)時目錄一、合金的流動性與鑄件質(zhì)量的關(guān)系

合金的流動性直接影響其充型能力，進(jìn)而影響鑄件的質(zhì)量，流動性不足易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。

液態(tài)收縮和凝固收縮——縮孔、縮松。固態(tài)收縮——內(nèi)應(yīng)力、變形、甚至開裂。1.縮孔與縮松液態(tài)合金在冷凝過程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的稱為縮孔，細(xì)小而分散的稱為縮松。二、合金的收縮性與鑄件質(zhì)量的關(guān)系1)縮孔和縮松的形成縮孔的形成過程過程縮松的形成2)縮孔的防止暗冒口距離順序凝固原則用順序凝固方法防止外冷鐵的使用內(nèi)冷鐵的使用★鑄造工藝中常用順序凝固的方法防止縮孔★順序凝固就是在鑄件的熱節(jié)處加補(bǔ)縮冒口及冷鐵，使鑄件按照：薄截面次厚截面厚截面補(bǔ)縮冒口的順序進(jìn)行凝固，將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中以防止在鑄件中產(chǎn)生縮孔的鑄造工藝措施。3）縮松的防止總結(jié)：2.鑄造應(yīng)力、鑄件的變形及裂紋1)鑄造應(yīng)力的形成及防止a.鑄造內(nèi)應(yīng)力的形成及防止鑄件圖★鑄造內(nèi)應(yīng)力的形成原因（a）凝固結(jié)束的鑄件（b）高溫暫時應(yīng)力狀態(tài)(c)瞬時零應(yīng)力狀態(tài)（d）室溫殘余應(yīng)力狀態(tài)★鑄造內(nèi)應(yīng)力的防止與消除基本思路：盡量減少鑄件各部位間的溫度差，使其均勻冷卻。工藝上：同時凝固防止鑄造內(nèi)應(yīng)力的方法設(shè)計(jì)上：截面均勻冷鐵距離鑄件的同時凝固原則消除內(nèi)應(yīng)力的方法自然時效人工時效（去應(yīng)力退火）定向凝固與同時凝固的區(qū)別鑄件心部易產(chǎn)生縮孔和縮松易產(chǎn)生應(yīng)力，材質(zhì)浪費(fèi)大，工藝復(fù)雜，使鑄件成本提高?；诣T鐵、錫青銅鋁青銅、鋁硅合金和鑄鋼件缺點(diǎn)應(yīng)用場合作用防止縮孔防止內(nèi)應(yīng)力工藝措施順序凝固同時凝固b.機(jī)械應(yīng)力的形成與防止★形成原因：合金的線收縮受到鑄型、型芯、澆冒系統(tǒng)的機(jī)械阻礙而形成的應(yīng)力。★防止方法：增加造型材料的退讓性、鑄件及時出型。上型下型2）鑄件的變形與防止

a.鑄件的變形

床身的變形平板鑄件的變形鑄造內(nèi)應(yīng)力作用下鑄件的變形規(guī)律：

★受拉應(yīng)力的部位縮短★受壓應(yīng)力的部位伸長有一直徑為φ50mm，高100mm的圓柱形鑄件，已知清理后未發(fā)生變形，假定立即進(jìn)行切削加工，當(dāng)：

①中心鉆一φ30mm的通孔；

②車去厚度為15mm的外圓；

③銑去20mm一邊。

問該鑄件會發(fā)生怎樣的變形？試驗(yàn)：b.防止鑄件變形的方法設(shè)計(jì)上：

★結(jié)構(gòu)簡單，以減少收縮阻力；★壁厚均勻，厚薄逐步過渡，以減少溫差;★設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，以增加鑄件剛性。工藝上：反變形法3）鑄件的裂紋及防止a.熱裂特征：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內(nèi)呈氧化色。防止：減少含S量、減少鑄型阻力。b.冷裂特征：裂紋細(xì)小，呈連續(xù)直線狀,縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。防止：降低內(nèi)應(yīng)力、避免應(yīng)力集中、降低含P量、設(shè)防裂筋。三合金的吸氣性與鑄件質(zhì)量的關(guān)系溶解在合金中的氣體因合金的凝固、冷卻、溶解度下降而析出，使鑄件形成氣孔。1.氣孔的危害：破壞了金屬材質(zhì)的連續(xù)性，減少了鑄件的截面，產(chǎn)生應(yīng)力集中。導(dǎo)致：鑄件的力學(xué)性能，特別是鑄件的沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度下降，使高致密鑄件產(chǎn)生滲漏而報(bào)廢。

2.氣孔種類

a.侵入氣孔

砂型或砂芯受熱而產(chǎn)生的氣體侵入金屬內(nèi)部而形成的氣孔，通過降低型砂的發(fā)氣量，增強(qiáng)砂型的排氣能力，正確設(shè)計(jì)澆冒口防止。

b.反應(yīng)氣孔

合金液與型砂的水分、冷鐵、芯撐之間或合金內(nèi)部某些元素、化合物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔。通過嚴(yán)格控制型砂的水分，降低合金液的含氣量，保證冷鐵、芯撐干燥、無銹、無油漆。

c.析出氣孔

合金冷凝時溶解于合金液中的氣體溶解度逐漸下降以氣泡形式析出?？赏ㄟ^嚴(yán)格控制爐料質(zhì)量，熔煉操作，澆注工藝防止。合金的鑄造性能順序凝固應(yīng)力固態(tài)收縮澆不足冷隔液態(tài)收縮凝固收縮縮孔縮松合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)提高流動性同時凝固均勻壁厚時效變形裂紋減小應(yīng)力減小材料脆性設(shè)防裂筋減小應(yīng)力反變形法設(shè)加強(qiáng)筋小結(jié)：流動性收縮性吸氣性侵入氣孔反應(yīng)氣孔析出氣孔第三節(jié)液態(tài)合金的充型

一充型概念

充型：液態(tài)合金填充鑄型的過程。

充型能力：液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整，輪廓清晰鑄件的能力。二影響充型能力的因素1合金的流動性2澆注條件★澆注溫度

澆注溫度越高，充型能力越強(qiáng)?！锍湫蛪毫σ簯B(tài)合金在流動方向上所受的壓力，壓力越大，充型能力越強(qiáng)。

目錄3鑄型填充條件液態(tài)合金充型時，鑄型的阻力將影響合金的流動速度，而鑄型與合金間的熱交換又將影響合金流動的時間，因此，鑄型的如下因素對充型能力有顯著影響?！镨T型的導(dǎo)熱能力鑄型材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容愈大，對液態(tài)合金的激冷能力愈強(qiáng)，合金的充型能力就愈差。★鑄型溫度★鑄型中的氣體包括：型腔中的氣體，型砂中的水分汽化，煤粉等有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的氣體。防止方法：減少氣體來源－干型；型砂具有良好的透氣性；開設(shè)出氣口。作業(yè)：P15（5）（6）（9）第五節(jié)鑄件的質(zhì)量控制一、常見鑄件缺陷類別名稱類別名稱類別名稱孔眼類氣孔形狀、尺寸和重量不合格多肉表面缺陷粘砂縮孔澆不足夾砂縮松落砂冷隔渣眼（夾渣）抬箱成分、組織和性能不合格化學(xué)成分不合格砂眼錯箱金相組織不合格鐵豆偏芯偏析裂類紋熱裂變形過硬（白口）冷裂形狀、尺寸和重量不合格物理、力學(xué)性能不合格二、控制鑄件質(zhì)量的途徑1、合理選定鑄造合金和鑄件結(jié)構(gòu)2、合理制定鑄件的技術(shù)要求3、模樣質(zhì)量檢驗(yàn)4、鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)5、鑄件熱處理作業(yè)：P15(5)、（6）、（7）（9）第三節(jié)鑄件的凝固方式一鑄件凝固過程中的橫斷面

三個區(qū)域：固相區(qū)

凝固區(qū)：液固共存區(qū) 液相區(qū) 二鑄件的凝固方式

1逐層凝固不存在液固并存的凝固區(qū)形成條件：純金屬或共晶成分合金

2糊狀凝固在凝固的某段時間內(nèi)，液固并存的凝固區(qū)貫穿整個界面形成條件：合金的結(jié)晶溫度范圍很寬，鑄件的溫度分布較為平坦。

3中間凝固介于糊狀凝固與逐層凝固之間目錄根據(jù)凝固區(qū)的大小區(qū)